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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine auf einer Nickelbasis beruhende,
wärmebeständige Automatenlegierung
mit einer ausgezeichneten Bearbeitbarkeit.
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Eine
ausgezeichnete Hochtemperaturfestigkeit ist für Abgasventile und Bolzen von
Maschinen erforderlich, da dieselben unter Umgebungsbedingungen
einer hohen Temperatur verwendet werden. Es gibt eine zusätzliche
Anforderung sowohl hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit
gegenüber
den Abgasen bei den Abgasrohren und -ventilen in chemischen Anlagen
als auch hinsichtlich der Anforderung gegenüber der Hochtemperaturfestigkeit.
Es hat somit zu der allgemeinen Praxis gehört, als ein strukturelles Material
für die
Zusammensetzung von solchen Teilen eine wärmebeständige Legierung auf der Basis
von Nickel (Ni) zu verwenden, welche eine ausgezeichnete Festigkeit
und Korrosionsbeständigkeit
in hohen Temperaturbereichen aufweist.
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Das
Problem einer schlechten Bearbeitbarkeit ist jedoch bei der herkömmlichen,
wärmebeständigen Legierung
auf Nickelbasis bestehen geblieben, dies trotz einer ausgezeichneten
Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit.
Die Bearbeitbarkeit von Baustahl oder rostfreiem Stahl wird mit
Erfolg verbessert durch das Hinzufügen von so genannten, die Bearbeitbarkeit
verbessernden Elemente, wie etwa von Pb, Bi, S, Se oder Te, aber
die Heißbearbeitbarkeit
der wärmebeständigen Legierung
auf Nickelbasis wird dadurch aufs Spiel gesetzt, dass solche die
Bearbeitbarkeit verbessernden Elemente darin enthalten sind. Dementsprechend
sind fast keine Versuche mit der Absicht unternommen worden, die
Bearbeitbarkeit einer wärmebeständigen Legierung
auf Nickelbasis absichtlich zu verbessern, was die Bearbeitungskosten
für ein
solches Material bei der Produktion unvermeidlich in die Höhe getrieben
hat. Legierungen auf Fe- und Ni-Basis, welche eine gute Bearbeitbarkeit
aufweisen, sind in dem Dokument
EP
1085105 beschrieben worden.
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Es
ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, wärmebeständige Automatenlegierungen
auf Nickelbasis zu liefern, welche von guter Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit
bei hoher Temperatur sind und welche eine gute Bearbeitbarkeit aufweisen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine wärmebeständige Automatenlegierung
auf der Basis von Nickel geliefert und dieselbe besteht aus:
C
in einer Menge von 0,01 bis 0,3 Gewichtsprozent und Cr in einer
Menge von 14 bis 35 Gewichtsprozent;
und mindestens einem Element,
das ausgewählt
wird unter Ti, Zr und Hf in einer Gesamtmenge von 0,1 bis 6 Gewichtsprozent
sowie S in einer Menge von 0,015 bis 0,5 Gewichtsprozent;
und,
mit in der Matrix derselben dispergiert, einer die Bearbeitbarkeit
verbessernden Verbundphase, wobei diese Phase irgendein Element
aus Ti, Zr und Hf als einen wesentlicheren Bestandteil unter den
Metallelementen enthält,
und zwar im Wesentlichen C und S als eine Bindungskomponente für solche
Metallelemente enthaltend; und
den nachfolgenden Beziehungen
entsprechend: WTi + 0,53WZr + 0,27WHf > 2WC +
0,75WS; und WC > 0,37WS in welchen WTi irgendeinen
Ti-Gehalt (Gewichtsprozent), WZr irgendeinen
Zr-Gehalt (Gewichtsprozent), WHf irgendeinen
Hf-Gehalt (Gewichtsprozent), WC den C-Gehalt
(Gewichtsprozent) und WS den S-Gehalt (Gewichtsprozent)
darstellen;
und der Rest aus Ni in einer Menge von 50 bis 85
Gewichtsprozent und aus Al in einer Menge von 0,1 bis 5 Gewichtsprozent
und aus irgendwelchen unvermeidbaren Verunreinigungen besteht;
und
wahlweise ferner Si in einer Menge von 4 Gewichtsprozent oder weniger
und Mn in einer Menge von 1 Gewichtsprozent oder weniger enthält;
und
wahlweise ferner mindestens eines aus 0,1 bis 20 Gewichtsprozent
Co, 0,1 bis 20 Gewichtsprozent Mo und von 0,1 bis 20 Gewichtsprozent
W enthält:
und
wahlweise ferner Fe in einer Menge von 20 Gewichtsprozent oder weniger
enthält;
und
wahlweise ferner Cu in einer Menge von 0,1 bis 5 Gewichtsprozent
enthält;
und
wahlweise ferner Nb und Ta in einer Gesamtmenge von 0,1 bis 7 Gewichtsprozent
enthält;
und
wahlweise ferner B in einer Menge von 0,0005 bis 0,01 Gewichtsprozent
enthält;
und
wahlweise ferner Se in einer Menge von 0,0005 bis 0,01 Gewichtsprozent
enthält;
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Dadurch
dass sie mindestens eines von Ti, Zr und Hf enthält, zusammen mit C, Cr und
Al sowie auch zusammen mit entweder S oder Se, wird die wärmebeständige Legierung
auf Nickelbasis in der Matrix derselben eine Verbindung (eine die
Bearbeitbarkeit verbessernde Verbundphase) auf der Grundlage einer
solchen Zusammensetzung erzeugt haben. Die vorliegenden Erfinder
haben herausgefunden, dass die Bearbeitbarkeit der wärmebeständigen Legierung
auf Nickelbasis dadurch deutlich verbessert wird, dass man in der
Matrix derselben solch eine die Bearbeitbarkeit verbessernde Verbundphase
erzeugt hat, was zu der vorliegenden Erfindung geführt hat.
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Einen
Grund, warum die Bearbeitbarkeit der wärmebeständigen Legierung auf Nickelbasis
durch die Herstellung solch einer die Bearbeitbarkeit verbessernden
Verbundphase verbessert werden kann, sieht man in dem Folgenden.
Wenn die Legierung Gegenstand einer Bearbeitung wird, etwa durch
Schneiden oder Schleifen, um einen Teil derselben zu entfernen,
dann kann die die Bearbeitbarkeit verbessernde Verbundphase, die
in der Matrix fein dispergiert vorliegt, genau wie eine Perforation
wirken, um dadurch die Bildung der Schnittebene zu erleichtern,
von welcher man annimmt, dass sie für die verbesserte Bearbeitbarkeit
verantwortlich sein soll. Auf jeden Fall kann die die Bearbeitbarkeit
verbessernde Verbundphase verantwortlich sein für eine Bearbeitbarkeit, die
gleichwertig oder höherwertig
ist gegenüber
derjenigen, die durch die vorstehenden, die Bearbeitbarkeit verbessernden,
bisher verwendeten Elemente erreichbar ist, während dabei noch eine Degradierung
von anderen Eigenschaften erfolgreich vermieden wird, welche der
wärmebeständigen Legierung
inhärent
sind und eine gute Bearbeitbarkeit in der Hitze beibehalten.
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Bei
der herkömmlichen
wärmebeständigen Legierung
auf Nickelbasis hat man es bisher für notwendig erachtet, den Gehalt
an Schwefel (S) absichtlich zu steuern, um eine gute Bearbeitbarkeit
in der Hitze zu erhalten, und in einigen Fallen sind sogar Bemühungen unternommen
worden, um ein Ni-Material von einem hohen Reinheitsgrad zu verwenden,
welches fast kein S enthält.
Im Gegensatz dazu kann in dem Fall der vorliegenden Erfindung der
S-Gehalt in einem zulässigen
Bereich liegen, da der S in eine solche die Bearbeitbarkeit verbessernde
Verbundphase als ein Stoffbestandteil derselben mit eingebunden
werden wird. Es ergibt sich daraus, dass S, der in der wärmebeständigen Legierung
auf Nickelbasis gemäß der vorliegenden
Erfindung enthalten ist, die heiße Bearbeitbarkeit der Legierung
nicht stark beeinflussen wird. Dies ermöglicht es, ein Quellenmaterial
als Ausgangsmaterial zu verwenden, das eine relativ hohe Menge an
S enthält,
was, so erwartet man, zu einer verbesserten Produktivität führen soll.
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Ein
Grund, warum die heiße
Bearbeitbarkeit der herkömmlichen,
wärmebeständigen Legierung
auf Nickelbasis durch die Zugabe von S abgebaut wird, kann durch
die Bildung einer (Ni, S) Verbindung erklärt werden, insbesondere von
Ni3S2 in der Legierung.
In dem Fall der vorliegenden Erfindung wird das in der Legierung
enthaltene S in die die Bearbeitbarkeit verbessernde Verbundphase
während
des Wachstums derselben mit eingebunden, was die Bildung von Ni3S2 unterdrückt und
somit erfolgreich verhindert, dass die heiße Bearbeitbarkeit durch den
S-Gehalt der Legierung abgebaut wird.
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Ein
anderer Vorteil der Bildung der die Bearbeitbarkeit verbessernden
Verbundphase besteht darin, dass dieselbe die Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit
bei hoher Temperatur kaum beeinträchtigt, wobei dies Eigenschaften
darstellen, die bei der wärmebeständigen Legierung
auf Nickelbasis besonders kritisch sind. In diesem Fall werden Eigenschaften
wie etwa Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit bei hoher Temperatur
durch diejenigen Restbestandteile in der Matrix definiert, welche
andere sind als jene die Bearbeitbarkeit verbessernde Verbundphase.
Es folgt daraus, dass eine wärmebeständige Legierung
mit den gewünschten Eigenschaften
dadurch erzielt werden kann, dass man die Zusammensetzung der Matrix
auf geeignete Weise anpasst, anders als die die Bearbeitbarkeit
verbessernde Verbundphase.
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In
der wärmebeständigen Legierung
auf Nickelbasis der vorliegenden Erfindung kann die die Bearbeitbarkeit
verbessernde Verbundphase so erzeugt werden, dass sie innerhalb
der Matrix dispergiert ist. Insbesondere wird eine feinere Dispersion
einer solchen Verbundphase innerhalb der Matrix zu einer besseren Bearbeitbarkeit
der wärmebeständigen Legierung
auf Nickelbasis führen.
Um die verbessernde Wirkung der Bearbeitbarkeit zu erhöhen, ist
es vorzuziehen, die durchschnittliche Dimension der die Bearbeitbarkeit
verbessernden Verbundphase zu steuern, welche in der Mikrostruktur
der polierten Schnittfläche
der wärmebeständigen Legierung
auf Nickelbasis (maximale Breite zwischen zwei parallelen, tangentialen
Linien, die in verschiedene Richtungen gezogen sind, um so die äußere Kontur
des Verbundkorns zu umschreiben und zu definieren) innerhalb eines
Bereiches von 1 bis 5 μm
oder um diesen Wert herum beobachtet wird.
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Das
Flächenverhältnis der
die Bearbeitbarkeit verbessernden Verbundphase, die in einer polierten Oberfläche des
Materials beobachtet wird, beträgt
vorzugsweise 0,1 bis 10%. Für
den Zweck, eine Verbesserung der Bearbeitbarkeit zu erzielen, indem
man solch eine die Bearbeitbarkeit verbessernde Verbundphase bildet,
muss solch eine Phase in einer Menge von 0,1% oder mehr vorliegen,
dies in Bezug auf das Flächenverhältnisses
in der Mikrostruktur der polierten Schnittfläche. Ein übermäßig großes Flächenverhältnis wird jedoch nicht mehr
wirksam sein, dies auf Grund der Sättigung eines solchen Effektes,
oder es kann eher solche anderen Merkmale nachteilig beeinflussen,
welche der wärmebeständigen Legierung
inhärent
sind (d. h. Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit in Bereichen einer
hohen Temperatur). Entsprechend wird das Flächenverhältnis bei der Mikrostruktur
der polierten Schnittfläche
der wärmebeständigen Legierung
auf Nickelbasis vorzugsweise auf 10% oder darunter eingeregelt.
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Die
die Bearbeitbarkeit verbessernde Verbundphase umfasst typischerweise
im Wesentlichen eine Verbindung, die ausgedrückt wird durch eine Zusammensetzungsformel
M4Q2C2 (in
welcher M das Metallelement darstellt, das irgendeines von Ti, Zr
und Hf als einen wesentlicheren Bestandteil enthält, und Q stellt entweder S
oder Se dar). Es soll zur Kenntnis genommen werden, dass in dieser
Spezifikation die Verbindung, die durch eine solche Formel ausgedrückt wird,
als "TICS" abgekürzt werden
kann. Die Verbindung weist eine gute Dispersionseigenschaft in die
Matrix hinein auf und sie ist besonders gut beim Heraufsetzen der
Bearbeitbarkeit.
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Was
die Komponente M in der Verbindung betrifft, so ist es vorzuziehen,
dass im Wesentlichen Ti mit eingebunden wird, wohingegen Zr und/oder
Hf wahlweise mit eingebunden werden können. In dem Fall, wo V, Nb
oder Ta in die wärmebeständige Legierung
auf Nickelbasis mit eingebunden werden, kann mindestens ein Teil
davon zur Zusammensetzung solch einer Komponente M führen. Was
die Komponente Q betrifft, so ist es vorzuziehen, dass im Wesentlichen
S mit eingebunden wird, wobei Se wahlweise mit eingebunden wird,
um sich so einem Teil von S zu substituieren. Beide Komponenten,
sowohl M als auch Q, sind nicht daran gehindert, irgendwelche anderen
Komponenten als diejenigen, die oben beschrieben worden sind, als
Hilfskomponenten mit einzubinden, um die Wirkung gemäß der vorliegenden
Erfindung insofern zu erzielen, als die Eigenschaften, über welche
die die Bearbeitbarkeit verbessernde Verbundphase verfügen soll
(verbesserte Bearbeitbarkeit und eine gute Dispersionseigenschaft)
dadurch nicht in Frage gestellt wird. Die die Bearbeitbarkeit verbessernde
Verbundphase, die V, Nb, Ta oder dergleichen enthält, kann
möglicherweise
die Festigkeit einer solchen Verbindung verbessern.
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Die
M4Q2C2-Basisverbindung
in der wärmebeständigen Legierung
auf Nickelbasis kann durch Röntgenstrahlenbeugung
und durch Mikroanalyse mittels Röntgenelektronensonde
(EPMA = electron probe X-ray micro-analysis) bestimmt werden. Zum
Beispiel kann das Vorhandensein oder das Fehlen der M4Q2C2-Basisverbindung
bestätigt
werden auf der Grundlage des Vorhandenseins oder des Fehlens des
entsprechenden Scheitelwertes, der solch einer Verbindung in einem
gemessenen Profil zuzuschreiben ist, welches durch eine Röntgenstrahlenbeugung
erzielt wird. Ein Bereich, in dem die Verbindung in der Legierung
gebildet wird, kann spezifiziert werden, indem man die Mikrostruktur
der Schnittfläche
der Legierung einer Oberflächenanalyse
unterwirft, die auf EPMA basiert, und dann zweidimensionale Abbildungsergebnisse
der charakteristischen Röntgenstrahlenintensität, die Ti,
Zr, Hf, S, Se oder C zuzuschreiben sind, vergleicht.
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Die
folgenden Absätze
werden Ursachen zur Spezifizierung von Bereichen für die Gehalte
der einzelnen Komponenten in der wärmebeständigen Legierung auf Nickelbasis
gemäß der vorliegenden
Erfindung beschreiben.
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(1) M: ALS EINE HAUPTKOMPONENTE VORHANDEN
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Ni
ist eine wesentliche Komponente für das Zusammensetzen der wärmebeständigen Legierung
auf Nickelbasis gemäß der vorliegenden
Erfindung, so dass dasselbe als eine Hauptkomponente mit integriert wird.
Berücksichtigt
man den Ausgleich mit anderen wesentlichen zusätzlichen Elementkomponenten,
so wird die obere Grenze des Gehalts desselben auf 85 Gewichtsprozent
festgesetzt. Der Ni-Gehalt übersteigt
85 Gewichtsprozent auch nicht bei den meisten der allgemein erhältlichen
wärmebeständigen Legierungen
auf Nickelbasis, da der Gehalt, der 85 Gewichtsprozent überschreitet, manchmal
dahingehend scheitern kann, dass derselbe die für wärmebeständige Legierungen spezifischen
Eigenschaften nicht vollständig
beweisen kann, dies auf Grund der relativen Knappheit der Gehalte
der Restkomponenten. Demnach beträgt der Ni-Gehalt vorzugsweise
höchstens
85 Gewichtsprozent, und stärker
bevorzugt man eine solchen von 50 bis 80 Gewichtsprozent.
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(2) C: 0,01 BIS 0,3 GEWICHTSPROZENT VORHANDEN
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C
ist ein wesentliches Element zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit
im Rahmen der vorliegenden Erfindung. C kann, in Koexistenz mit
(Ti, Zr, Hf) oder S, wie später
noch beschrieben werden soll, die die Bearbeitbarkeit verbessernde
Verbundphase bilden. Ein Gehalt an C von weniger als 0,01 Gewichtsprozent
wird zu klein sein, um die die Bearbeitbarkeit verbessernde Verbundphase
in einer Menge zu erzeugen, welche ausreichend ist, um die Bearbeitbarkeit
in merklichem Umfang zu verbessern. Im Gegensatz dazu wird ein Gehalt, der
0,3 Gewichtsprozent überschreitet,
einen Anteil an C vergrößern, welcher
nicht zu der Bildung der die Bearbeitbarkeit verbessernden Verbundphase
beisteuert, was zu einer übermäßigen Produktion
von anderen Carbiden und Carbosulfiden führt. Eine übermäßige Produktion von solchen
Carbiden und Carbosulfiden ist unerwünscht, da sie eine Verschlechterung
der Heißverarbeitbarkeit
und der Duktilität
verursachen. Der C-Gehalt beträgt
stärker
bevorzugt 0,03 bis 0,2 Gewichtsprozent.
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(3) CR: 14 BIS 35 GEWICHTSPROZENT VORHANDEN
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Cr
ist ein wichtiges Element zur Gewährleistung von Korrosionsbeständigkeit
und Oxidationsbeständigkeit
der wärmebeständigen Legierung
auf Nickelbasis. Ein wirksames Erzielen von solchen Wirkungen wird bei
einem Gehalt von 14 Gewichtsprozent oder mehr gewährleistet
werden. Der Gehalt, der 35 Gewichtsprozent überschreitet, wird jedoch die
Phasenstabilität
ruinieren, was zu einer verminderten Zähigkeit und zu einer degradierten
Antioxidationseigenschaft führt.
Der Cr-Gehalt wird stärker
bevorzugt innerhalb eines Bereiches von 16 bis 30 Gewichtsprozent
und noch stärker
bevorzugt von 18 bis 25 Gewichtsprozent festgelegt.
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(4) MINDESTENS EINES VON (TI, ZR, HF)
IN EINER GESAMTMENGE VON 0,1 BIS 6 GEWICHTSPROZENT VORHANDEN.
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Ti,
Zr oder Hf bilden ein wesentliches Komponentenelement der die Bearbeitbarkeit
verbessernden Verbundphase, die eine grundsätzliche Rolle dabei spielt,
eine verbessernde Wirkung bei der Bearbeitbarkeit der wärmebeständigen Automatenlegierung
auf Nickelbasis gemäß der vorliegenden
Erfindung zu zeigen. Der Gesamtgehalt an mindestens einem unter
diesen Elementen von weniger als 0,1 Gewichtsprozent wird zu einer
unzulänglichen
Menge der Produktion an der die Bearbeitbarkeit verbessernden Verbundphase
führen,
so dass eine ausreichende verbessernde Wirkung bei der Bearbeitbarkeit
nicht erwartet werden kann. Im Gegensatz dazu, wenn die Gesamtmenge übermäßig hoch
ist, dann können
(Ti, Zr, Hf) Verbindungen mit anderen Elementen bilden, um dadurch
die maschinelle Bearbeitbarkeit zu erniedrigen. Demnach wird der
Gesamtgehalt an diesen Elementen notwendigerweise bis auf 6 Gewichtsprozent
oder weniger herunter gedrückt.
Ein Teil von (Ti, Zr, Hf) als diejenigen Elemente aus den Metallkomponenten,
welche die die Bearbeitbarkeit verbessernde Verbundphase ausmachen,
kann durch Nb oder Ta ersetzt werden, wobei diese Elemente zu der Bildung
der γ' Phase beitragen
können,
um auf diese Weise die Hochtemperaturfestigkeit der wärmebeständigen Legierungen
auf Nickelbasis zu verbessern. Zr und Hf sind im Vergleich mit Ti,
nicht so ausgeprägt
wirksam wenn es um die Verbesserung der Bearbeitbarkeit und der
Hochtemperaturfestigkeit geht, so dass es vorzuziehen ist unter
diesen Elementen das Ti als eine wesentlichere Komponente einzusetzen.
In diesem Fall wird der Ti-Gehalt vorzugsweise innerhalb eines Bereiches
von 0,1 bis 4 Gewichtsprozent festgesetzt, um solch eine Wirkung
auf effiziente Weise zu erzielen. Obwohl Zr und Hf hinsichtlich
der Verbesserung der Bearbeitbarkeit und der Hochtemperaturfestigkeit
der Legierung nicht so wirksam sind wie Ti, so sind sie vorteilhaft
im Hinblick auf die Erhöhung
der Korngrenzenfestigkeit durch die Segregation innerhalb der Korngrenze, so
dass sie bis zu einem Ausmaß enthalten
sein können,
welcher nicht für
eine Verminderung des durch Ti-bewirkten
Nutzens verantwortlich ist. Es soll zur Kenntnis genommen werden,
dass das Zusammensetzen der Metallkomponente der die Bearbeitbarkeit
verbessernden Verbundphase lediglich mit Zr und/oder Hf ebenfalls wirksam
sein kann bei der Verbesserung der Bearbeitbarkeit und der Hochtemperaturfestigkeit.
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(5) S: 0,015 BIS 0,5 GEWICHTSPROZENT VORHANDEN
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S
ist ein wirksames Element zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit.
Dadurch dass sie S enthalten, können
Verbindungen innerhalb der Legierungsstruktur hergestellt werden,
welche sich auf die Erhöhung
der Bearbeitbarkeit auswirken (z. B. auf die vorstehende, die Bearbeitbarkeit
verbessernde Verbundphase). Demnach wird die untere Grenze des S-Gehalts
als bei 0,015 Gewichtsprozent liegend definiert. Ein übermäßiger Zusatz
von S wird jedoch einen Anteil an S erhöhen, der nicht in die Bildung
der die Bearbeitbarkeit verbessernden Verbundphase impliziert ist
(als "freier S" bezeichnet), was
gegebenenfalls die Bildung von (Ni, S) Verbindungen fördert, insbesondere
diejenige von Ni3S2,
welches die Ursache für
eine Verschlechterung der Heißbearbeitbarkeit
ist. Während
das Ausmaß der
Bildung der die Bearbeitbarkeit verbessernden Verbundphase sich
mit dem S-Gehalt erhöht,
wird eine übermäßige Bildung
derselben jedoch diejenigen Eigenschaften abbauen, die für eine wärmebeständige Legierung
spezifisch sind. Demnach wird die obere Grenze des S-Gehalts als
bei 0,5 Gewichtsprozent liegend definiert. Um die Verbesserungswirkung
der Bearbeitbarkeit durch solch eine Verbindung bis zu einem wünschenswerten
Grad zu verwirklichen, ist es von Vorteil, den S-Gehalt gemäß der Menge
der Zugaben von anderen Bestandteilen für die die Bearbeitbarkeit verbessernden
Verbundphase, wie etwa von C, Ti, Zr, Hf oder ähnlichen Bestandteilen, in
geeigneter Weise anzupassen. Der freie Schwefelgehalt ist vorzugsweise
so geringfügig
wie möglich,
und es ist wünschenswert,
den S-Gehalt so anzupassen, dass fast der ganze Anteil von S, der
zu der wärmebeständigen Legierung
auf Nickelbasis hinzugefügt
wird, dann auch die die Bearbeitbarkeit verbessernde Verbundphase
ausmachen wird.
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Die
Komponente Q, die eine andere ist als S (was hierin Se bedeutet),
kann in der die Bearbeitbarkeit verbessernden Verbundphase enthalten
sein, um sich so bei der Zusammensetzung einer solchen Phase dem S
zu substituieren. In diesem Fall wird der Se-Gehalt vorzugsweise
innerhalb eines Bereiches von 0,0005 bis 0,1 Gewichtsprozent festgesetzt.
Der Gehalt von weniger als 0,0005 Gewichtsprozent wird bedeutungslos sein,
da die Wirkung der Zugabe kaum klar hervorgehen wird. Andererseits
kann der Gehalt, der 0,1 Gewichtsprozent überschreitet, manchmal die
heiße
Bearbeitbarkeit und andere Eigenschaften abbauen, welche für die wärmebeständige Legierung
spezifisch sind.
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(6) ERFÜLLUNG DER NACHFOLGENDEN BEZIEHUNGEN
ENTSPRECHEND:
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- WTi +
0,53WZr + 0,27WHf > 2WC +
0,75WS Formel
Aund WC > 0,37WS Formel
Bin welcher WTi den
Ti-Gehalt (Gewichtsprozent), WZr den Zr-Gehalt
(Gewichtsprozent), WHf den Hf-Gehalt (Gewichtsprozent),
WC den C-Gehalt (Gewichtsprozent) und WS den S-Gehalt (Gewichtsprozent) darstellen.
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Die
linke Seite der Formel A stellt einen Parameter dar, der die Gesamtanzahl
der (Ti, Zr, Hf) Atome reflektiert. Das heißt, die vorstehende, die Bearbeitbarkeit
verbessernde Wirkung durch die die Bearbeitbarkeit verbessernde
Verbundphase wird auf der Grundlage der Gesamtanzahl der Atome (oder
der molaren Zahl) bestimmt, nicht auf der Grundlage des Gesamtgewichts
der Stoffbestandteile, die enthalten sein sollen. Auch stellt die
rechte Seite der Formel A einen Parameter dar, der die Gesamtanzahl
der (C, S) Atome widerspiegelt. Die Koeffizienten für WTi, WZr und WHf erscheinen auf der linken Seite der Formel
A und sie werden auf der Grundlage einer Tatsache bestimmt, dass
man herausgefunden hat, dass das Verhältnis der Anzahl der (Ti, Zr Hf)
Atome pro Gewichtseinheit der Legierung sich auf 1:0,53:0,27 beläuft, und
in ähnlicher
Weise erscheinen die Koeffizienten für WC und
WS auf der rechten Seite der Formel A und
sie werden auf der Grundlage einer Tatsache bestimmt, dass man herausgefunden
hat, dass das Verhältnis
der Anzahl der (C, S) Atome pro Gewichtseinheit der Legierung sich
auf 2:0,75 beläuft.
So, dass es verstanden werden soll, dass die Formel A derart ist,
dass die Gesamtanzahl der (Ti, Zr, Hf) Atome und der (C, S) Atome
zum Vergleichen ist. Ähnlich kann
die Formel B als eine Formel zum Vergleichen der Anzahl der C- und
S-Atome verstanden werden, welche in der Legierung enthalten sind.
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Angenommen,
dass alle Teile der (Ti, Zr, Hf, C, S) Atome, die zur Legierung
hinzugefügt
werden, für die
Herstellung von TICS, ausgedrückt
durch die Formel M4Q2C2, mit einbezogen werden sollen, dann wird
die Erfüllung
der obigen Formel A, welche die Beziehung ausdrückt, dass (linke Seite) > (rechte Seite) ist,
unvermeidlich bedeuten, dass ein Teil der (Ti, Zr, Hf) Atome, die
nicht zur Bildung von TICS beitragen, in dem übrigen Legierungsteil verbleiben
kann. Solche Anteile von (Ti, Zr, Hf) werden jedoch kaum die Eigenschaften
der wärmebeständigen Legierung
beeinflussen, selbst wenn sie im verbleibenden Legierungsteil in
einem gewissen Ausmaße
verbleiben, oder sie können
vielmehr die γ' Phase zusammensetzen,
um dadurch die Festigkeit zu erhöhen.
Im entgegengesetzten Fall, wenn die Beziehung (linke Seite) < (rechte Seite)
gilt, dann wird ein Anteil von mindestens einem der beiden (C, S)
Atome niemals zur Bildung von TICS beitragen und in dem verbleibenden
Legierungsanteil in einer freien Form zurück bleiben. Freier S, der in
dem übrigen
Legierungsteil verbleibt, ist unerwünscht, da derselbe mit Ni reagieren
kann, um dadurch eine (Ni, S) Verbindung zu ergeben, insbesondere
(Ni3S2), was die
Ursache für
eine Verschlechterung der heißen
Bearbeitbarkeit ist. Andererseits kann anderer C, der in dem verbleibenden
Legierungsteil vorhanden ist, welcher ein andere ist als die die
Bearbeitbarkeit verbessernde Verbundphase, zu einer Degradierung
der Bearbeitbarkeit oder der Eigenschaften führen, die für die wärmebeständige Legierung spezifisch
sind, dies auf Grund der bevorzugten Bildung von anderen Carbiden
als derjenigen Verbindung die die Bearbeitbarkeit verbessert. Somit
muss die Formel A notwendigerweise erfüllt sein.
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Wenn
ferner die Formel B hierin erfüllt
ist, dann gewährleistet
dies, dass die Anzahl von S-Atomen,
die enthalten sein sollen, kleiner ist als diejenige von C. Dies
gewährleistet,
dass S, um enthalten zu sein, fast vollständig an der die Bearbeitbarkeit
verbessernden Verbundphase fixiert sein wird und den Gehalt an freiem
S unterdrücken
wird, welcher sich in der Matrix befindet, außer in derjenigen die Bearbeitbarkeit
verbessernden Verbundphase. Ein Anteil von C, der nicht mit in die
Bildung der die Bearbeitbarkeit verbessernden Verbundphase involviert
ist, kann manchmal zu der Bildung von Carbiden führen, die für die Erhöhung der Kriechfestigkeit verantwortlich
sind. Dies ist der Grund dafür,
warum die Formel B mindestens definiert wird mit der Beziehung:
(linke Seite) > (rechte
Seite). Jedoch kann, wie oben beschrieben worden ist, übermäßig freier
C die Bearbeitbarkeit oder andere Eigenschaften der Legierung abbauen,
so dass es stärker
vorzuziehen ist, die folgende Formel zu erfüllen: 0,37WS + 0,1 > WC Formel B',um übermäßig freien
C zu unterdrücken.
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In
der wärmebeständigen Automatenlegierung
auf Nickelbasis gemäß der vorliegenden
Erfindung wird der Si-Gehalt vorzugsweise auf 4 Gewichtsprozent
oder weniger festgesetzt und Mn auf 1 Gewichtsprozent oder weniger.
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(7) SI: 4 GEWICHTSPROZENT ODER WENIGER
VORHANDEN
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Si
ist unvermeidlicherweise in der Legierung als ein Desoxidationselement
enthalten. Eine beabsichtigte Zugabe desselben bis zu einem gewissen
Ausmaß wird
auch zulässig
sein, da das Element eine verbessernde Wirkung auf die Oxidationsresistenz
der wärmebeständigen Legierung
auf Nickelbasis aufweist. Um die Oxidationsresistenz bis zu einem
ausreichenden Grade zu erhalten, ist eine Zugabe in einer Menge
von mindestens 0,1 Gewichtsprozent empfehlenswert. Es ist auch empfehlenswert,
den Gehalt auf 4 Gewichtsprozent oder weniger zu herunter zu drücken, da
ein überschüssiger Gehalt
davon die heiße
Bearbeitbarkeit und Duktilität
verschlechtern wird.
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MN: 1 GEWICHTSPROZENT ODER WENIGER VORHANDEN
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Mn
ist unvermeidlicherweise in der Legierung als ein Desoxidationselement
enthalten. Ein übermäßiger Gehalt
desselben ist jedoch nicht wünschenswert,
da derselbe nicht nur die Korrosionsbeständigkeit abbauen kann, sondern
auch die Ablagerung von Ni3Ti fördern kann,
welches eine für
die Versprödung
verantwortliche Phase ist. So dass der Gehalt davon vorzugsweise
bis auf 1 Gewichtsprozent oder weniger herunter gedrückt wird.
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Die
Legierung der vorliegenden Erfindung kann ferner 0,1 bis 5 Gewichtsprozent
Al umfassen, um die Hochtemperaturfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit
zu verbessern.
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(9) AL: 0,1 BIS 5 GEWICHTSPROZENT VORHANDEN
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In
der wärmebeständigen Legierung
auf Nickelbasis ist Al verantwortlich für eine feste Lösungshärtung, indem
es eine feste Lösung
in der Matrix derselben bildet, oder für eine Ausscheidungshärtung der γ' Phase, indem es
die γ' Phase (Ni3Al) durch eine Reaktion mit der Ni-Komponente bildet.
Al, das eine feste Lösung
in der Legierung bilden kann, kann erwartungsgemäß auch verantwortlich sein
für seine
Wirkung bei der Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit in Bereichen hoher
Temperatur. Zu der Hochtemperaturfestigkeit der wärmebeständigen Legierung
auf Nickelbasis steuert häufig
besonders die Ausscheidungshärtung
einer solchen γ' Phasenbildung bei.
Demnach ist der Al-Gehalt innerhalb des oben genannten Bereiches
zu bevorzugen im Hinblick auf das Erzielen der wünschenswerten Eigenschaften,
die für
die wärmebeständige Legierung
spezifisch sind. Ein Al Gehalt von weniger als 0,1 Gewichtsprozent
führt dazu,
dass die vorstehende Wirkung nur bis zu einem unzulänglichen
Grad erzielt wird. Andererseits wird der Gehalt, der 5 Gewichtsprozent überschreitet,
die heiße
Bearbeitbarkeit behindern, so dass es stärker bevorzugt wird, den Al
Gehalt innerhalb eines Bereiches von 0,2 bis 3 Gewichtsprozent einzustellen.
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Die
wärmebeständige Legierung
auf Nickelbasis der vorliegenden Erfindung kann mindestens irgendeinen
der folgenden Bestandteile aufweisen; von 0,1 bis 20 Gewichtsprozent
Co, 0,1 bis 20 Gewichtsprozent Mo und 0,1 bis 20 Gewichtsprozent
W.
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(10) CO: 0,1 BIS 20 GEWICHTSPROZENT VORHANDEN
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Ähnlich wie
Ni kann Co die austenitische Phase stabilisieren und das Ausmaß der Bildung
der γ' Phase erhöhen, welche
eine Ausscheidungshärtungsphase
darstellt, um dadurch die Festigkeit der Legierung zu verbessern.
Co kann manchmal die Hochtemperaturfestigkeit der Legierung verbessern,
indem es eine feste Lösung
in der Ni-Komponente bildet. Um die Wirkung des Zusatzes bis zu
einem wünschenswerten
Grad zu erzielen, wird der Co-Gehalt vorzugsweise auf 0,1 Gewichtsprozent
oder höher
eingestellt. Andererseits ist die Zugabe, die 20 Gewichtsprozent
oder mehr überschreitet,
nicht mehr wünschenswert,
weil die Wirkung der Lösungshärtung sich
absättigen
wird und die Kosten ansteigen werden.
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(11) MO: 0,1 BIS 20 GEWICHTSPROZENT; W:
0,1 BIS 20 GEWICHTSPROZENT VORHANDEN;
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Mo
und W sind verantwortlich für
die Verbesserung der Hochtemperaturfestigkeit der Legierung durch die
Bildung einer festen Lösung
in der Struktur derselben und für
die Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit, die auf einer Passivierungssteigerung
beruht. Die Gehalte von weniger als 0,1 Gewichtsprozent werden dabei
versagen, eine ausreichende Wirkung zu erzielen, und im Gegensatz
dazu werden Gehalte, die 20 Gewichtsprozent übersteigen, in einer unerwünschten
Art und Weise die heiße
Bearbeitbarkeit der Legierung ruinieren.
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Es
ist weiter vorzuziehen im Rahmen der vorliegenden Erfindung, den
Fe Gehalt auf 20 Gewichtsprozent oder weniger zu drücken. Fe
wird häufig
als die Basiskomponente für
die wärmebeständige Legierung
auf Nickelbasis verwendet, genauso wie Ni und Cr, aber dies liegt
größtenteils
daran, weil Fe relativ leicht gehandhabt werden kann und weil es
billig ist. Ein Heraufsetzen des Fe Gehalts, weil man den Kosten
eine große Bedeutung
beimaß,
hat jedoch die Korrosionsbeständigkeit
der wärmebeständigen Legierung
auf Nickelbasis verschlechtert, dies auf Grund der relativen Abnahme
bei den Ni- und Cr-Gehalten. Demnach wird bei den Anwendungen, bei
denen die Korrosionsbeständigkeit
von einer großen
Bedeutung ist, der Fe Gehalt vorzugsweise auf 20 Gewichtsprozent
oder weniger herunter gedrückt.
Ferner wird der Fe Gehalt vorzugsweise auf 10 Gewichtsprozent oder
weniger und stärker
bevorzugt auf 5 Gewichtsprozent oder weniger herunter gedrückt.
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Die
wärmebeständige Legierung
auf Nickelbasis gemäß der vorliegenden
Erfindung kann auch von 0,1 bis 5 Gewichtsprozent Cu umfassen. Cu
ist vorteilhaft hinsichtlich der Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit,
insbesondere im Hinblick auf die Korrosionsbeständigkeit in der reduzierenden
säurehaltigen
Umgebung (insbesondere in der Umgebung von Schwefelsäure), und
auch hinsichtlich der Verringerung der Eigenschaft der Bearbeitungshärtung, um
auf diese Weise die Bearbeitbarkeit zu verbessern. Cu kann auch
hinzugefügt
werden, um die antibakterielle Eigenschaft zu verbessern, welche
durch Glühen
vergrößert werden kann.
Der Cu-Gehalt wird notwendigerweise auf 0,1 Gewichtsprozent oder
höher festgelegt,
um solche Wirkungen zu gewährleisten.
Die übermäßige Zugabe
verschlechtert jedoch die Heißbearbeitbarkeit,
so dass der Gehalt vorzugsweise innerhalb in einem Bereich von 5
Gewichtsprozent oder tiefer eingestellt wird.
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Die
wärmebeständige Legierung
auf Nickelbasis der vorliegenden Erfindung kann auch Nb und Ta in einer
Gesamtmenge von 0,1 bis 7 Gewichtsprozent umfassen. Solche Komponenten,
die zu der Legierung hinzugefügt
werden, werden eine feste Lösung
in der γ' Phase bilden (Ni3Al), welche in der Struktur der wärmebeständigen Legierung
auf Nickelbasis gebildet wird, um dadurch die Festigkeit solch einer γ' Phase (Ni3Al) zu vergrößern und somit die Hochtemperaturfestigkeit
der ganzen Legierung herauf zu setzen. Solche Komponenten können auch
mit in die vorstehende, die Bearbeitbarkeit verbessernde Verbundphase
einbezogen werden, um dadurch die Festigkeit derselben zu erhöhen. Um
solch eine Wirkung in einem wünschenswerten
Ausmaße
zu erhalten, wird der Gesamtgehalt derselben vorzugsweise auf 0,1
Gewichtsprozent oder höher
festgesetzt. Im Gegensatz dazu wird der Gehalt, der 7 Gewichtsprozent überschreitet,
die Zähigkeit
in unerwünschter
Weise abbauen. Stärker
bevorzugt liegt die Gesamtmenge von Nb und Ta innerhalb eines Bereiches
von 0,5 bis 5 Gewichtsprozent.
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Die
wärmebeständige Legierung
auf Nickelbasis der vorliegenden Erfindung kann auch 0,0005 bis 0,01
Gewichtsprozent B enthalten. B ist ein wertvolles Element zur Verbesserung
der heißen
Bearbeitbarkeit. Der Gehalt von weniger als 0,0005 Gewichtsprozent
wird lediglich in einem begrenzten Bereich zu einer Auswirkungen
führen,
und die Überschreitung
von 0,01 Gewichtsprozent wird die heiße Bearbeitbarkeit abbauen.
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Spezifische
Beispiele von Materialien, die bei der wärmebeständigen Legierung auf Nickelbasis
gemäß der vorliegenden
Erfindung anwendbar sind, werden unten aufgelistet (alle mit Handelsnamen).
Es soll definiert werden, dass die Legierungszusammensetzungen derselben
derart sind, dass sie die die Bearbeitbarkeit verbessernden Elemente
(Ti, Zr, Hf, S, Se, C usw.) enthalten, die in der vorliegenden Erfindung
spezifiziert sind, derart dass sie die Stelle eines Teils des Nickels
als der hauptsächlichen
Komponente treten. Demnach stehen die unten aufgelisteten Namen
für spezifische
Legierungen der vorliegenden Erfindung, welche abgeleitet sind von
den Legierungen, deren Zusammensetzung durch die Produktnormen spezifiziert
wird, obwohl die Produktnamen hierin aus Bequemlichkeit und Zweckmäßigkeit
zitiert worden sind. Einzelne Legierungszusammensetzungen der ursprünglichen
Produkte sind beschrieben worden in "Kinzoku Deta Bukku (Metal Data Book
= Metalldatenbuch), 3. Ausgabe",
S. 138, welches von Maruzen veröffentlicht
worden ist und in dieser Spezifikation nicht weiter im Detail erläutert werden
soll.
- (1) Lösungsgehärtete, wärmebeständige Legierung
auf Nickelbasis: Hastelloy-C22, Hastelloy-C276, Hastelloy-G30, Hastelloy
X, Inconel 600 und KSN.
- (2) Ausscheidungsgehärtete
wärmebeständige Legierung
auf Nickelbasis: Astrolog, Cabot 214, D-979, Hastelloy S, Hastelloy
XR, Haynes 230, Inconel 587, Inconel 597, Inconel 601, Inconel 617,
Inconel 625, Inconel 706, Inconel 718, Inconel X750, M-252, Nimonic
75, Nimonic 80A, Nimonic 90, Nimonic 105, Nimonic 115, Nimonic 263,
Nimonic PE.11, Nimonic PE.16, Nimonic PK.33, Rene 41, Rene 95, SSS
113MA, Udimet 400, Udimet 500, Udimet 520, Udimet 630, Udiment 700,
Udimet 710, Udimet 720, Unitemp, AF 2-1 DA 6 und Waspaloy.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGEN
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(BEISPIELE)
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Die
nachfolgenden Experimente werden durchgeführt, um die Wirkungen gemäß der vorliegenden
Erfindung zu untersuchen.
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Die
einzelnen Legierungen der vorliegenden Erfindung bzw. die vergleichenden
Legierungen, die Zusammensetzungen aufweisen, die in den Tabellen
1 und 2 aufgeführt
sind, werden in einem Vakuuminduktionsheizgerät geschmolzen, um dadurch 50-kg
Legierungsbarren zu erhalten. Die Barren werden dann bei 1.200°C im Hinblick
auf deren Homogenisierung gehalten und sie werden alsdann durch
ein heißes
Schmieden innerhalb eines Temperaturbereiches von 1.200 bis 1.000°C bearbeitet,
um auf diese Weise runde Stäbe mit
einem Durchmesser von 65 mm zu erstellen. Ein Teil dieser Stäbe wird
weiter geschmiedet, um den Durchmesser auf einen so kleinen Wert
wie 20 mm zu verringern. Die Stäbe
werden dann einer Lösungswärmebehandlung
bei 1.100°C
während
einer Zeitdauer von 1 Stunde und dann anschließend einer Alterungshärtung bei
700°C während einer
Zeitdauer von 16 Stunden unterworfen. Die Stäbe von 65 mm Durchmesser werden einer
Bewertung ihrer Bearbeitbarkeit unterworfen, und die 20-mm-Durchmesser Stäbe werden
einer Bewertung der heißen
Bearbeitbarkeit, der Härte
nach der Alterung und der Kriecheigenschaften unterzogen.
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Während man
herausgefunden hat, dass eine wesentliche Inklusion in der Legierung
der vorliegenden Erfindung eine Verbindung ist, die ausgedrückt wird
als (Ti, Zr, Hf)4S2C2(TICS), so hat man herausgefunden, dass
einige Legierungen auch ein Sulfid auf (Ti, Zr, Hf) Basis enthalten
wie etwa (Ti, Zr, Hf)S oder Carbid auf (Ti, Zr, Hf) Basis wie etwa
(Ti, Zr, Hf)C. Es gibt fast kein Zeichen eines Vorhandenseins von
Ni-S Verbindungen, insbesondere von Ni3S2, in der wärmebeständigen Legierung auf Nickelbasis
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Solche
Inklusionen werden durch das folgende Verfahren bestimmt. Jeder
runde Stab wird zerschnitten, um eine geeignete Menge von Teststücken herzustellen,
und die Metallmatrix derselben wird durch ein elektrolytisches Verfahren
unter Verwendung einer Methanollösung
aufgelöst,
die Tetramethylammoniumchlorid und 10% Actylaceton als Elektrolyt
enthält.
Die elektrolytische Lösung
nach der Solubilisierung wird filtriert, um dadurch die unlösliche Verbindung
zu extrahieren, die in der Legierung auf Ni-Basis enthalten ist.
Die extrahierte Verbindung wird getrocknet und dann durch eine Röntgenbeugung
analysiert zur Identifizierung auf der Grundlage der beobachteten
Scheitelwerte in dem Beugungsprofil. Die Zusammensetzung der Verbundkörner in
der Legierung wird getrennt analysiert durch EPMA. Eine zweidimensionale
Abbildung auf der Grundlage der EPMA Analyse beweist die Bildung
einer Verbindung mit einer Zusammensetzung, die jener einer Verbindung
entspricht, die durch eine Röntgenstrahlbeugung
identifiziert worden ist.
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Die
einzelnen Teststücke
werden dann einem jeden der folgenden Experimente unterworfen:
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1. TEST DER BEARBEITBARKEIT
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Die
Bearbeitbarkeit wird bewertet auf der Grundlage der Menge des Verschleißes des
Werkzeugs, wenn das Teststück
geschnitten wird, und auf der Grundlage der Rauheit der Schnittoberfläche. Ein
eingesetztes Bearbeitungswerkzeug wird aus einem zementierten Carbid
hergestellt, mit welchem ein nasses Schneiden durchgeführt wird
bei einer peripheren Geschwindigkeit von 30 m/Min., bei einer Zuführung pro
Umdrehung von 0,2 mm und bei einer Schnitttiefe pro Umdrehung von
1,5 mm. Die Verschleißmenge
des Werkzeuges wird definiert durch einen Flankenverschleiß an dem
Bearbeitungswerkzeug nach 30 Minuten des Schneidens. Die Rauheit
der Schnittoberfläche
erhält
man, indem man den arithmetischen Mittelwert (Ra: μm) der Beispieloberfläche nach
dem Schneiden auf der Grundlage von JIS-B0601 misst.
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2. BEWERTUNG DER HEIßEN BEARBEITBARKEIT
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Ein
Teststück
mit einem Durchmesser von 6 mm wird aus dem Stab mit 20 mm Durchmesser
herausgeschnitten und dann einem Zugtest unterworfen, um dadurch
die heiße
Bearbeitbarkeit zu bewerten. Der Test wird durchgeführt unter
Verwendung einer Hochgeschwindigkeitszugtestvorrichtung bei verschiedenen
Temperaturen von 900 bis 1.250°C
und bei einer Zuggeschwindigkeit von 50 mm/sec. Definiert man jetzt
den Bereich der heißen
Bearbeitbarkeit als einen Temperaturbereich, in welchem ein Zugbruch
gewährleistet
ist von nicht weniger als 40%, was einen erforderlichen Wert darstellt,
um ein Schmieden möglich
zu machen, dann werden die Proben mit solch einem Temperaturbereich
von 200°C
oder höher
als "ausgezeichnet
in der heißen Bearbeitbarkeit
(O)" bewertet und
diejenigen mit solch einem Temperaturbereich von weniger als 200°C werden
als "schlecht in
der heißen
Bearbeitbarkeit (X)" beurteilt.
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3. HÄRTETEST
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Die
Rockwellhärte
nach der C-Skala der wärmebeständigen Legierung
auf Nickelbasis wird bei Raumtemperatur gemäß den Testverfahren für die Rockwellhärte, die
in JIS-Z2245 spezifiziert sind, gemessen.
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4. BEWERTUNG DER HOCHTEMPERATURFESTIGKEIT
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Die
Hochtemperaturfestigkeit wird bewertet, indem man den Zeitbruchfestigkeitstest
ausführt
auf der Grundlage des durch JIS-22272 spezifizierten Verfahrens.
Spezifischer betrachtet, wird ein Teststück mit einem Durchmesser von
6 mm aus dem 20-mm-Durchmesserstab herausgeschnitten und dann einem
Kriechtest bei 700°C
unter einer 400-MPa Belastung unterworfen, und die Dauer der Zeit,
bevor das Teststück
zerbricht, wird gemessen.
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Experimentelle
Ergebnisse dieser Tests werden zusammen in der Tabelle 3 gezeigt. TABELLE 3
| Nr. | Schnitttest | Heißbearbeitbarkeit
Temperaturbereich, der 40% oder mehr der Zugbeanspruchung von 200°C oder darüber gewährleistet | Härte
nach der Alterung (HRC) | Zeit bis zum Kriechbruch (Std.) |
| Flankenverschleiß (μm) | Rauheit
der Schnittoberfläche
(μm) |
| 1 | 183 | 3,8 | o | 37,8 | 287 |
| 2 | 132 | 3,4 | o | 32,3 | 141 |
| 3 | 178 | 3,4 | o | 30,1 | 93 |
| 4 | 167 | 3,2 | o | 38,4 | 304 |
| 5 | 154 | 3,0 | o | 33,0 | 150 |
| 6 | 124 | 3,5 | o | 41,6 | 342 |
| 7 | 149 | 3,1 | o | 38,2 | 295 |
| 8 | 131 | 3,3 | o | 32,5 | 149 |
| 9 | 170 | 3,4 | o | 35,3 | 216 |
| 10 | 165 | 3,2 | o | 39,1 | 324 |
| 11 | 196 | 3,4 | o | 44,9 | 418 |
| 12 | 312 | 8,2 | o | 37,4 | 278 |
| 13 | 299 | 7,8 | o | 32,1 | 134 |
| 14 | 186 | 3,4 | x | 30,3 | 89 |
| 15 | 238 | 8,4 | x | 37,9 | 208 |
| 16 | 197 | 3,7 | x | 33,2 | 143 |
| 17 | 225 | 4,3 | x | 26,8 | 75 |
| 18 | 257 | 4,6 | x | 30,7 | 97 |
| 19 | 155 | 3,5 | x | 41,6 | 241 |
| 20 | 191 | 3,8 | o | 38,9 | 106 |
| 21 | 231 | 5,4 | x | 50,3 | 332 |
| 22 | 189 | 3,9 | x | 40,1 | 223 |
| 23 | 143 | 3,2 | o | 39,4 | 188 |
| 24 | 136 | 3,2 | o | 20,8 | 44 |
| 25 | 192 | 4 | x | 44,5 | 256 |
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Aus
der Tabelle 3 wird deutlich, dass die wärmebeständige Legierung auf Nickelbasis
gemäß der vorliegenden
Erfindung in den Beispielen 1 bis 11 eine ausgezeichnete Härte nach
der Alterung bei Raumtemperatur und ausgezeichnete Kriecheigenschaften
bei hohen Temperaturbereichen aufweist, was beweist, dass sowohl
zufrieden stellende Eigenschaften, die für eine wärmebeständige Legierung spezifisch
sind, als auch eine ausgezeichnete Bearbeitbarkeit gegeben sind.
Im Gegensatz dazu zeigen die vergleichenden Beispiele 12 and 13
nur eine schlechte Bearbeitbarkeit, was auf Grund eines extrem niedrigen
S Gehalts einer unzureichenden Bildung von TICS zuzuschreiben ist,
welches die die Bearbeitbarkeit verbessernde Verbundphase darstellt.
Das vergleichende Beispiel 14 zeigt eine ausgezeichnete Bearbeitbarkeit
durch die Bildung von TICS, aber man hat herausgefunden, dass es
auf Grund eines übermäßigen S
Gehalts schlecht hinsichtlich der heißen Bearbeitbarkeit ist. Das
vergleichende Beispiel 15 zeigt eine ausgezeichnete Kriecheigenschaft
im hohen Temperaturbereich, aber man hat herausgefunden, dass es
auf Grund eines übermäßigen C
Gehalts schlecht hinsichtlich der Bearbeitbarkeit und der Heißbearbeitbarkeit
ist. Das vergleichende Beispiel 18 zeigt nur eine schlechte Bearbeitbarkeit,
was auf Grund eines extrem niedrigen Gesamtgehalts (M) an (Ti, Zr,
Hf) einer unzureichenden Bildung von TICS zuzuschreiben ist, und
man hat herausgefunden, dass es auch schlecht hinsichtlich der Heißbearbeitbarkeit
ist, weil S nicht durch TICS fest gebunden werden kann. Das vergleichende Beispiel
19 zeigt nur eine schlechte Heißbearbeitbarkeit
auf Grund von übermäßigem M.
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Man
hat daher daraus die Schlussfolgerung gezogen, dass die wärmebeständige Legierung
auf Nickelbasis der vorliegenden Erfindung erfolgreich die Bearbeitbarkeit
verbessern kann, ohne dass dabei die heiße Bearbeitbarkeit zerstört wird,
während
gleichzeitig die anderen Eigenschaften, die für die wärmebeständige Legierung spezifisch
sind, als solche Eigenschaften bewahrt werden, die mit denjenigen
von herkömmlichen wärmebeständigen Legierungen
vergleichbar sind.
